Лекция 5. Топлива на основе природного газа (Лекции)

Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение топлив на основеприродного газа в силовыхустановках с поршневымидвигателямик.т.н. Зеленцов А.А.Москва, 2016Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Вопросы, рассматриваемые на лекцииВиды, эксплуатационные свойства, проблемы производстватоплив на основе природного газа.Особенности использования синтетических топлив изприродного газа на транспортных установках.Природный газ как топливо для поршневых двигателей.Примеры использования природного газа как топлива впоршневых двигателях.Дополнительная литература: Международный научно-технический журнал «Транспорт наальтернативном топливе» (ТАТ). Сайт журнала ТАТ: www.metaninfo.ru2Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Сырьевые ресурсы для получения СЖТСинтетические жидкиетоплива (СЖТ)Попутныйнефтяной газПриродныйгазГорючиесланцыКаменный ибурый угольБитуминозныепески3Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Природный газ как топливо для поршневыхдвигателейОпределение: природный газ – это смесь газов, образовавшаяся в недрахземли при анаэробном разложении органических веществ.Состав: 92-94% метан, а также этан, пропан, бутан, водород, сероводород,диоксид углерода, азот и гелий.Ведущие страны мира по разведаннымзапасам природного газаСтранаДоказанные запасыприродного газа, трлн. м3Доля, %Всего в миреВ т.ч. РоссияИранСШАКитайВедущие 20 стран149,4748,1423,04,731,36132,4810032,215,43,20,988,64Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Природный газ как топливо для поршневыхдвигателейРаспределение по степени освоениянефти и природного газа в РоссииДобыча природного газа вРоссии (2005-2009 г.г.)5Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Природный газ как топливо для поршневыхдвигателейПереработка природного газа в России и США6Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДГидрат метанаГидрат метана - это супрамолекулярное соединение метанас водой.1 м3 гидрата метана → 164 м3 природного газаМодель гидратаметанаОсобенности:Соединение устойчиво принизкой температуре иповышенном давлении (T = 0°C, давление ≈ 25 бар и выше).При атмосферном давлениигидрат метана сохраняетустойчивость при температуреT = -80 °C.Схема образования гидрата метана7Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДГидрат метанаИзвестные и перспективные месторождения гидрата метана на планетеГидрат метана наморском дне вМексиканском заливеОпытная установкапо добыче гидратаметана на Аляске8Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Физико-химические свойства дизельного иальтернативных топливТопливоПоказательФормула составаПлотность при 20°С, кг/м3Теплота сгорания низшая, МДж/кгЦетановое числоТемпература самовоспламенения,°СКоличество воздуха, необходимоедля сгорания 1 кг вещества, кгМассовое содержание, %CHOОбщее массовое содержание серы,%ДТКПГ(метан)СНГ(пропан)МетанолДМЭРММЭРМC16,2H28,5*CH4C3H8CH3OHCH3OCH3-C19,6H36,6O2*83042,545416**50,33490**46,51679520,13668**28,955-6091637,33687737,84825054048746423531823014,317,215,76,49,012,512,687,012,60,476,024,0081,818,2037,512,550,052,213,034,877,012,011,077,512,010,50,20-0,015--0,0020,002Примечание: «-» – свойства не определялись; * – условная формула состава; ** – плотностьжидкой фазы при температуре кипения; ДТ – дизельное топливо; КПГ – компримированныйприродный газ; СНГ – сжиженный нефтяной газ; ДМЭ – диметиловый эфир; РМ – рапсовоемасло; МЭРМ – метиловый эфир рапсового масла.9Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Природный газ как топливо для поршневыхдвигателейВ настоящее время российский паркавтомобилей, работающих наприродном газе, оценивается примернов 86 тыс. единиц.Реализация газа вкачестве моторноготоплива в России, млн. м310Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Особенности использования природного газа натранспортных установкахЕвропа: цели по выбросам CO2 к2012, 2020 г.г.Обложение налогами различныхвидов топлив в Германии11Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Особенности использования природного газа натранспортных установкахПреимущества: Меньшая стоимость топлива. Экологичность (снижение выбросов CO24на 24% по сравнению с бензином). Качественное смесеобразование. Независимость от другихисточников топлива.Недостатки: Меньшая объемная энергоплотностьКПГ выбросы CO2по сравнению с жидкимиуглеводородными топливами. Необходимость хранения на бортуТС баллонов высокого давления. Затрудненный пуск двигателя притемпературе ниже 0 °С (посколькутемпература воспламенения газаотносительно высока). Недостаточно развитая сетьИсточник: презентация М.Лахе, NGVA Europe заправочных станций.CH(конференция «Gas in Engine-2010»)12Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДСхема получения топлив из природного газаПриродный газСжатыйприродный газДиметиловыйэфирОкислениеСинтез-газПроцессФишера-ТропшаРеактивныетопливаДизельныетопливаБензиныДиметиловыйэфирСжиженныйприродный газМетанолМобил-процессРеактивныетопливаБензины13Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Получение синтетических моторных топлив изприродного газаПроцесс Фишера-Тропша (1920-е годы)Определение: это химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора(железо, кобальт), в которой монооксид углерода (CO) и водород H2 преобразуются вразличные жидкие углеводороды.

+ 2 + 1 22 + + 1 2 2+2 + 2 2+2 + 2Назначение: производство синтетических углеводородов для использования вкачестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива.Особенности: реакция протекает с большим выделением теплоты (165-205 кДж накаждую СН2-группу углеводорода).Пример: метанирование – процесс производства метана из угля, предварительноподвергающегося газификации. + 32, 200−300°4 + 2 14Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Получение синтетических моторных топлив изприродного газаРеакторы синтеза Фишера-ТропшаРеактор с неподвижнымслоем катализатораTреакции = 220-250 °CРеактор с циркулирующимслоем катализатораTреакции = 310-340 °Cр = 3,0 МПа15Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Получение синтетических моторных топлив изприродного газаМобил-процессОпределение: это процесс получения синтетических моторных топлив из природногогаза с промежуточным образованием метанола:1)2)4 + 2 → + 32Δ = + 206кДж/моль + 2 → 2 + 2Δ = - 41 кДж/моль22 + → 3 Δ = - 92 кДж/мольНепосредственно мобил-процесс заключается впоследовательной дегидратации метанола (с применениемкатализатора):23 → 3 3 + 2 Назначение: производство синтетических углеводородов для использования вкачестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива.16Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаПрименение топлив на основе природногогаза в силовых установках с ПДКафедра поршневых двигателей (Э2)Особенности использования синтетических топлив изприродного газа на транспортных установкахПреимущества:Недостатки: Минимальные измененияконструкции двигателя (толькорегулировочные параметры). Экологические характеристикиработы двигателя (отсутствие серы,снижение выбросов NOx). Значительные запасы природногогаза, превышающие запасы нефти. Более высокая стоимость топлива. Снижение цикловой подачи топлива(на 20-35% при неизменном активномходе плунжера). Снижение максимального давлениявпрыскивания (на 30-40%). Запаздывание начала впрыскивания на2-3° ПКВ. Увеличение неравномерностицикловой подачи по секциям – в 1,5-2раза. Уменьшение длины струи иувеличение среднего диаметра капель на50-60%. Высокие температуры застывания ипомутнения. Ухудшение топливной экономичности.17Московский государственный технический университет им.